TOF相机HDR功能可有效改善复杂场景中物体测量的精度收藏

ToF(Time-of-Flight)感知技术作为三维视觉成像领域主流技术之一，发展迅猛，伴随着半导体元器件尺寸的不断缩小，结构紧凑、极具性价比优势的TOF深度相机得到了越来越多的行业关注，在工业和消费电子领域针对整个场景的多点3D视觉、3D建模辅助、3D深度感知等场景，应用需求日益增加。

ToF深度相机是一种主动成像的方式，即相机系统向目标发射激光，通过接收端传感器感知到目标反射光的时间，从而计算出目标与相机之间的距离TOF深度相机技术是通过一次性成像来提供完整场景深度图，无扫描器件，成像速度快，计算负荷低，不论对于移动中的物体，还是静态的物体，不论在黑暗环境中，还是在室外光照较强烈的环境中，不论对于低反射率还是高反射率的物体，都有机会获取到较为理想的深度数据。

鉴于上述优点，ToF相机已经越来越多地应用于3D检测与识别、AGV避障、机械手抓取、体积测量等工业场景中。

图1 ToF相机原理图示本文重点介绍在复杂环境中，当同时存在高反光率物体如金属件与低反光率如黑色表面物体时，如何通过技术手段提升ToF相机的检测精度首先，从ToF相机的检测原理来理解这个问题，当采用固定曝光时间模式时，相机在同时拍摄高反射率与低反射率物体时，较难将曝光时间调到一个均衡的位置，可同时准确地捕捉到高反射率与低反射率物体的深度图像；当我们增加曝光时间时，利于黑色物体的识别，但近距离区域容易出现过曝的现象；而降低曝光时间时，对于低反射率物体的识别又会存在点云缺失的现象。

为了解决这个问题，维感科技在ToF相机曝光时间方面增加了HDR高动态范围模式：即通过设置多个不同曝光时间的方式，将采集到的多个图像合成到一帧中，完成对整个复杂场景的成像在针对距离较近易过曝的区域与高反射率物体时，利用短曝光时间进行成像；在针对低反射率的物体时，利用长曝光时间进行成像，最终将不同曝光时间下取得的图像合成到一帧中，从而获得更为精确的深度图像，减少距离远近与物体反射率差异对ToF相机深度检测数据的影响。

图2 HDR模式下，针对不同曝光时间的距离测量判断图示下面将通过两个实例解释ToF相机如何通过开启HDR功能来改善对复杂场景中同时存在高低反射率物体时的拍摄效果。实例一：拍摄下述杂乱物体

图3 被拍摄的杂乱复杂物体未开启HDR模式单一低曝光时间的情况下，低反射率的黑色胶皮线点云数据缺失；

图4 未开启HDR模式，使用单一低曝光时间时，杂乱复杂物体的成像效果单一高曝光时间的情况下，高反射率的泡沫包裹和白色纸箱点云数据缺失。

图5 未开启HDR模式时，使用单一高曝光时间，杂乱复杂物体的成像效果开启HDR模式后，ToF相机首先使用高曝光时间对低反射率的物体进行成像，对于高曝光时间下过曝的区域，使用低曝光时间进行成像，最终将不同曝光时间下取得的图像合成到一帧中，即可得到HDR模式开启下的图像，可以看到点云数据缺失的问题得到了明显改善。

图6 开启HDR模式时，杂乱复杂物体的成像效果实例二：拍摄轿车车轮

图7 被拍摄的车轮未开启HDR模式单一低曝光时间的情况下，低反射率的黑色轮胎点云数据缺失；

图8 未开启HDR模式，使用单一低曝光时间时，车轮成像效果单一高曝光时间的情况下，高反射率的金属轮毂出现了过曝现象，点云数据缺失。

图9 未开启HDR模式，使用单一高曝光时间时，车轮成像效果开启HDR模式后，点云数据缺失的问题得到了明显改善，无论低反射率的黑色轮胎，还是高反射率的金属轮毂的点云数据都是较为完整准确的。

图10 开启HDR模式时，轿车车轮的成像效果ToF相机的HDR模式，在很大程度上拓展了其在工业领域与服务类机器人方面的应用维感科技是国内从事工业级ToF相机的厂商，已推出多款产品，具有高帧率、抗光性好，在移动中的物体检测方面表现尤为出众，目前有搭配机械臂进行拆垛，搭配蜘蛛手进行物体3D识别与抓取，装载于AGV进行托盘与货物识别，避障等应用。

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